Почему полярный день длится дольше, чем кажется

Не просто долгий вечер

Полярный день — период, когда Солнце не заходит за горизонт в течение полных суток и дольше. Оно опускается к горизонту, а затем снова поднимается, не исчезая за ним полностью. Для определения захода важен верхний край солнечного диска: пока он остаётся видимым над открытым горизонтом, заход ещё не произошёл. [s2, s3]

В Мурманске такой период продолжается около двух месяцев. Но это не общая продолжительность для всего Кольского полуострова: чем севернее место наблюдения, тем дольше длится сезон незакатного Солнца. Длинный светлый вечер сам по себе ещё не означает полярного дня — решающее значение имеет отсутствие захода. [s2] ²³

Почему к северу он длиннее

Причина явления — наклон земной оси. Во время движения Земли вокруг Солнца её Северное полушарие летом обращено к светилу сильнее, чем зимой. В высоких широтах возникает период, когда суточный путь Солнца целиком проходит над горизонтом. Чем ближе к полюсу, тем дольше сохраняются такие условия. [s2, s4]

Северный полярный круг проходит примерно по широте 66°33′. В упрощённой модели — если считать Солнце точкой и не учитывать атмосферу — он обозначает южную границу полярного дня в Северном полушарии. На самой линии условие незакатного Солнца достигается у летнего солнцестояния, а севернее период становится продолжительнее. [s1, s2]

Большая часть Мурманской области находится севернее полярного круга. На Кольском полуострове эта линия проходит севернее Умбы и пересекает Кандалакшский залив. Поэтому одну мурманскую оценку нельзя переносить на все населённые пункты региона. [s1] ¹²⁴

Почему видимое Солнце задерживается над горизонтом

Геометрическая модель не учитывает два важных обстоятельства. Во-первых, Солнце видно не как точку, а как диск: его центр уже может оказаться ниже горизонта, когда верхний край ещё виден. Во-вторых, атмосферная рефракция — преломление света в атмосфере — приподнимает видимое изображение Солнца относительно его геометрического положения. [s3]

В стандартных расчётах восхода и захода эти поправки вместе составляют около 50 угловых минут: примерно 16 минут приходится на радиус солнечного диска и 34 — на среднюю рефракцию у горизонта. Это угловая мера, а не 50 минут времени. [s3]

Отсюда следует, что у летнего солнцестояния видимый верхний край Солнца может не заходить даже немного южнее Северного полярного круга. Эти же эффекты удлиняют период полярного дня по сравнению с расчётом для точечного Солнца без атмосферы. Именно к югу, а не к северу расширяется область видимого незакатного Солнца. [s1, s3]

Однако такую границу нельзя считать абсолютно неизменной линией. Рефракция зависит от состояния атмосферы, а наблюдению мешают возвышенности на горизонте; значение имеет и высота наблюдателя. Поэтому Солнце, скрывшееся за сопкой, и астрономический заход за открытый горизонт — не одно и то же. [s3] ¹³

Полярный день, белые ночи и сумерки

У полярного дня строгий признак: солнечный диск не уходит целиком за горизонт в течение суток. При белой ночи Солнце заходит, но вечерние сумерки переходят в утренние без наступления тёмной ночи. Поэтому белые ночи бывают и южнее области полярного дня. [s2, s3, s5]

Сумерки — само освещение неба солнечным светом, рассеянным в атмосфере, когда Солнце находится под горизонтом. Они бывают перед восходом и после захода. Белая ночь — случай, когда такое освещение сохраняется всю ночь, а не разновидность полярного дня. [s3, s5]

Главное различие можно сформулировать просто: при полярном дне ночью остаётся над горизонтом хотя бы часть Солнца, при белой ночи светится небо после его захода. А продолжительность сезона незакатного Солнца нужно связывать с конкретным местом, не превращая даты для одного города и года в постоянный календарь всего полуострова. [s2, s3] ²³⁵